一種單管半導體激光器合束結構制造技術

本發明專利技術涉及一種單管半導體激光器合束結構，包括多個同一波長的單管半導體激光器；多個階梯熱沉在同一平面內呈弧形排放，每個階梯熱沉上固定的多個激光器可發出一列方向相同的組合光束；多列組合光束經過不同傾角入射到衍射光柵上并在衍射光柵上發生重疊，通過衍射光柵的分光作用和外腔鏡的反饋作用下，每只激光器發出的光束在由激光器的后腔面和外腔鏡構成的諧振腔內實現外腔反饋和波長鎖定，并由衍射光柵將多路光束合成一束從而實現外腔合束，最后耦合進入多模光纖。本發明專利技術突破了傳統空間合束和偏振合束對合束單元數量的限制，顯著增加合束單元的數量，耦合進光纖后輸出功率相對于采用空間合束和偏振合束技術制成的光纖耦合模塊有大幅度的提高。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體激光器
，具體涉及一種單管半導體激光器合束結構。
技術介紹
由于單管半導體激光器具有高光束質量，散熱特性好，壽命長等優點，因此采用單管合束技術制成的光纖耦合模塊在激光醫療、光纖激光器泵浦、激光監控、激光加工等方面都有著廣泛的應用。但是由于單管半導體激光器的功率輸出較低，為了能夠提高光纖耦合模塊的輸出功率以滿足單管半導體激光器技術應用，一些研究機構已經采取一些單管合束技術，如(100-W, 105- μ m, O. 15NA Fiber Coupled Laser Diode Module, Scott R.Karl sen, R. Kirk Price, Proc. of SPIE Vol. 7198 71980T-1)，這是國際上單管半導體激光器合束主要采用的技術。固定在階梯熱沉的每一級上的激光器在快軸方向疊加成組合光束，將兩個組合光束單元通過偏振合束技術進行偏振合束。由于偏振態的限制，只能將一個P偏振的組合光束單元與一個S偏振的組合光束單元進行合束，這樣就限制了合束單元 的數量以及光纖耦合模塊的輸出功率。
技術實現思路
本專利技術要解決現有單管合束技術中偏振合束方法對合束單元數量的限制問題，提供一種沒有合束單元數量限制的單管半導體激光器合束結構。為了解決上述技術問題，本專利技術的單管半導體激光器合束結構的技術方案具體如下一種單管半導體激光器合束結構，包括多個同一波長的單管半導體激光器；每個所述單管半導體激光器固定在過渡熱沉上，所述過渡熱沉固定在階梯熱沉上；多個階梯熱沉在同一平面內呈弧形排放，每個階梯熱沉上固定的多個單管半導體激光器可發出一列方向相同的組合光束；多列組合光束經過不同傾角入射到衍射光柵上，光斑在衍射光柵上發生重疊，然后以相同的衍射角衍射至外腔鏡；每列組合光束被外腔鏡反饋后沿原光路返回，使每個單管半導體激光器收到自身的輸出反饋；經過輸出反饋的多列組合光束經過衍射光柵后合成為一束，通過聚焦鏡耦合進入多模光纖。在上述技術方案中，每個所述的單管半導體激光器前腔面鍍有透過率在99%以上的增透膜。在上述技術方案中，每個所述單管半導體激光器前還分別安裝有用來減小激光器快慢軸的發散角的快軸準直鏡和慢軸準直鏡。在上述技術方案中，所述快軸準直鏡為柱面微透鏡或球面微透鏡；所述慢軸準直鏡為柱面微透鏡或球面微透鏡。在上述技術方案中，每個所述階梯熱沉上單管半導體激光器的數目為至少兩個。在上述技術方案中，所述衍射光柵為透射型衍射光柵或者反射型衍射光柵。在上述技術方案中，所述外腔鏡為具有一定反射率的平行平板，反射率值為從1%到 50%ο在上述技術方案中，所述外腔鏡的擺放方向與衍射光束的方向嚴格垂直。在上述技術方案中，所述聚焦鏡采用球面透鏡、非球面透鏡或者兩個分離的柱面鏡。在上述技術方案中，所述單管半導體激光器的波長從400nm 2000nm。在上述技術方案中，所述多模光纖的纖芯直徑范圍為50 μ m 1000 μ m,數值孔徑范圍為O. I到O. 3，光功率輸出為IW 1000W。本專利技術的單管半導體激光器合束結構，其具有以下的優點本專利技術的單管半導體激光器合束結構將多個單管半導體激光器空間合束后的組 合光束，利用衍射光柵實現外腔合束，并以單個階梯單元上激光器的組合光束的光束質量進行輸出，合束后還可以通過偏振合束進一步合束，解決了只采用空間合束和偏振合束中合束單元數量的限制，耦合進光纖后輸出功率相對于只采用空間合束和偏振合束技術制成的光纖耦合模塊有大幅度的提高。本專利技術的單管半導體激光器合束結構中，階梯熱沉上激光器的數量可根據需要的激光總功率和單個激光器的功率、機械尺寸、散熱條件確定，十分靈活；參與合束的單元的數量取決于激光器的增益譜寬和衍射光柵的衍射能力以及衍射光柵的損傷閾值。附圖說明圖I是本專利技術的單管半導體激光器合束結構的一種具體實施方式的結構示意圖，其中衍射光柵為反射型衍射光柵；圖2是本專利技術的單管半導體激光器合束結構的另外一種具體實施方式的結構示意圖，其中衍射光柵為透射型衍射光柵；圖3是圖I所示的具體實施方式中的一個階梯單元的立體結構示意圖；圖4是圖I所示的具體實施方式中的一個階梯單元的側向光路圖；圖5是圖I所示的具體實施方式中的多個階梯單元上的組合光束通過衍射光柵合束后的光斑示意圖。具體實施例方式本專利技術的專利技術思想為一種單管半導體激光器合束結構，包括多個同一波長的單管半導體激光器；每個所述單管半導體激光器固定在過渡熱沉上，所述過渡熱沉固定在階梯熱沉上；多個階梯熱沉在同一平面內呈弧形排放，每個階梯熱沉上固定的多個單管半導體激光器可發出一列方向相同的組合光束；多列組合光束經過不同傾角入射到衍射光柵上，光斑在衍射光柵上發生重疊，通過衍射光柵的分光作用和外腔鏡的反饋作用下，每只單管半導體激光器發出的光束在由激光器的后腔面和外腔鏡構成的諧振腔內實現外腔反饋和波長鎖定，并由衍射光柵將多路光束合成一束從而實現外腔合束，最后通過聚焦鏡耦合進入多模光纖。每個所述單管半導體激光器前還分別安裝有用來減小激光器快慢軸的發散角的快軸準直鏡和慢軸準直鏡。本專利技術的單管半導體激光器合束結構，所使用的單管激光器前腔面鍍有增透膜，透過率在99%以上，將單管半導體激光器焊接在過渡熱沉上，通過螺釘將過渡熱沉固定在階梯熱沉的每一級上，階梯熱沉的每一級尺寸都完全相等。每只激光器前分別安裝快軸準直鏡和慢軸準直鏡以減小激光器快慢軸的發散角，準直后在快軸方向疊加成平行等距的組合光束，每個階梯熱沉作為一個單元，將多個單元呈弧形排列并且安放在同一平面上，即多個單元等間距安放，并且相鄰的兩個單元的夾角相同的放在同一平面上。每個單元的組合光束經過不同角度入射到衍射光柵上，并且每個單元組合光束的光斑在衍射光柵上發生疊力口，疊加后的光斑與一個單元的組合光束的光斑相同。半導體激光器的光譜較寬，通常可以達到2 3nm (FffHM)0逆用衍射光柵的分光作用和波長選擇作用，將每個單元光束中波長與其對應的入射角滿足光柵方程的光以相同的角度衍射至外腔鏡，由于外腔鏡的部分反饋作用并且根據光路可逆原理，垂直入射到外腔鏡上的這部分光束將再次經衍射光柵按原光路回到各自的激光器腔內，這樣每個激光器將收到自己單元的輸出反饋并將在由激光器的后端面與外腔鏡構成的新諧振腔內進行振蕩，每只激光器反饋回來的波長依次呈線性變化。根據半導體激光器的模式競爭理論，反饋的作用迫使每個單元上的激光器激發出與注入反饋相同波長的激光。這樣每個單元的激光器都激發出波長略微不同的光束入射到衍射光柵上，此時每個單元的組合光束的波長和各自的入射角都滿足光柵方程，衍射光柵可以將這些波長和入射角不同的光束以相同衍射角合成一束并通過外腔鏡輸出實現外腔合束，最后通過聚焦鏡耦合進多模光纖。·下面結合附圖對本專利技術做以詳細說明。圖1、3、4和5顯示了本專利技術的單管半導體激光器合束結構的一種具體實施方式。參照圖1，本專利技術的單管半導體激光器合束結構，包括同一波長的15個單管半導體激光器I、過渡熱沉2、3個階梯熱沉3、正過渡電極4、負過渡電極5、快軸準直鏡6、慢軸準直鏡7、慢軸準直鏡座8、衍射光柵9、外腔鏡10、聚焦鏡11、以及多模光纖12。每個階梯熱沉3上固定了 5個單管半導體激光器I。聚焦鏡11采用球面透鏡。本專利技術的單管半導體激光本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種單管半導體激光器合束結構，其特征在于，包括多個同一波長的單管半導體激光器（1）；每個所述單管半導體激光器（1）固定在過渡熱沉（2）上，所述過渡熱沉（2）固定在階梯熱沉（3）上；多個階梯熱沉（3）在同一平面內呈弧形排放，每個階梯熱沉（3）上固定的多個單管半導體激光器（1）可發出一列方向相同的組合光束；多列組合光束經過不同傾角入射到衍射光柵（9）上，光斑在衍射光柵（9）上發生重疊，然后以相同的衍射角衍射至外腔鏡（10）；每列組合光束被外腔鏡（10）反饋后沿原光路返回，使每個單管半導體激光器（1）收到自身的輸出反饋；經過輸出反饋的多列組合光束經過衍射光柵（9）后合成為一束，通過聚焦鏡（11）耦合進入多模光纖（12）。

【技術特征摘要】
1.一種單管半導體激光器合束結構，其特征在于，包括多個同一波長的單管半導體激光器(I);每個所述單管半導體激光器(I)固定在過渡熱沉(2)上，所述過渡熱沉(2)固定在階梯熱沉(3)上；多個階梯熱沉(3)在同一平面內呈弧形排放，每個階梯熱沉(3)上固定的多個單管半導體激光器(I)可發出一列方向相同的組合光束；多列組合光束經過不同傾角入射到衍射光柵(9)上，光斑在衍射光柵(9)上發生重疊，然后以相同的衍射角衍射至外腔鏡(10);每列組合光束被外腔鏡(10)反饋后沿原光路返回，使每個單管半導體激光器(I)收到自身的輸出反饋；經過輸出反饋的多列組合光束經過衍射光柵(9)后合成為一束，通過聚焦鏡(11)耦合進入多模光纖(12)。2.根據權利要求I所述的半導體激光器單管合束光纖耦合模塊，每個所述的單管半導體激光器(I)前腔面鍍有透過率在99%以上的增透膜。3.根據權利要求I所述的單管半導體激光器合束結構，其特征在于，每個所述單管半導體激光器(I)前還分別安裝有用來減小激光器快慢軸的發散角的快軸準直鏡(6)和慢軸準直鏡(7);所述快軸準直鏡(6)為柱面微透鏡或球面微透鏡；所述慢軸準直鏡(7)為柱面微...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱洪波，郝明明，秦莉，張志軍，王立軍，
申請(專利權)人：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，
類型：發明
國別省市：